中国古代力学

1、.中国古代力学力学知识起源于古代人对自然现象的观察和消费劳动中的理论经历，并逐步开展为消费技术和初步的自然哲理。一、杠杆与平衡战国时期大思想家庄周369-286BC在?庄子·外篇·天地?中有一那么故事：“子贡南游于楚，反于晋。过汉阴，见一丈人方将为圃畦，凿隧而入井，抱瓮而出灌，搰搰呼用力甚多而见功寡。子贡曰：‘有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而见功多，夫子不欲呼?’为圃者仰而视之曰：‘奈何?’曰：‘凿木为机，后重前轻，掣水假设抽，数如泆汤，其名为槔&am

2、p;rsquo;在?庄子·天运篇?中又说：“颜渊问师金曰：‘子独不见夫桔槔呼?引之那么俯，舍之那么仰。’从这些描绘，可见到庄子时代已普遍用一种类似杠杆的提水工具桔槔了。大约在同一时期大思想家墨翟在他的著作?墨经?中记载了杠杆平衡的定量原理。他的理论简述如下：在?经下?一章中说：“天衡而必正，说在得。在?经说下?一章中说：“衡，加重于其旁，必捶。权、重，相假设也相衡。那么本短标长，两加焉，重相假设，那么标必下，标得权也。在这几句话中，“衡是秤杆;“权是秤锤;“捶字通“垂字;“标即“末，亦即秤杆细小的一端。二、做功的应用滑轮，古代人称它

3、“滑车。应用一个定滑轮，可改变力的方向;应用一组适当配合的滑轮，可以省力。滑轮的另一种形式是辘轳。把一根短圆木固定于井旁木架上，圆木上缠绕绳索，索的一端固定在圆木上，另一端悬吊水桶，转动圆木就可提水。只要绳子缠绕得当，绳索两端都可悬吊木桶，一桶提水上升，另一桶往下降落，这就可以使辘轳总是在做功。三、惯性原理在春秋末年的著作?考工记?有“马力既竭，輈犹能取也的描绘。意思是说，在马拉车时，马不走了，即马对车不施力了，车子还有前进的趋势，或即车子还可以前进一小段路。这是关于惯性最早的阐述。张恒地动仪原理，据学者们考证，张衡在当时已经利用了力学上的惯性原理，“都柱实际上起到的正是惯性摆的作用。都柱就是

4、倒立于仪体中央的一根铜柱，八道围绕都柱架设。都柱竖直站立，重心高，一有地动，就失去平衡，倒入八道中的一道。八道中装有杠杆，叫做牙机。杠杆穿过仪体，连接龙头上颌。都柱倾入道中以后，推动杠杆，使龙头上颌抬起，将铜丸吐出，起到报警作用。四、运动、相对性原理我国近代的大思想家严复在他翻译的?天演论?自序中说：“奈端动之例三，其一曰，静者不自动，动者不自止，动路必直，速率必均。此所谓旷古之虑，自其例出，而后天学明、人事利者也。而?易?那么曰，乾，其静也专，其动也直。严复这段话的大意是，牛顿三定律的第一定律说，不受外力时，静者恒静，动者恒动，且走匀速直线运动。牛顿定律一提出，天文清楚了，在人间也有许多应用

5、。但是?易经?上早就说过“乾，其静也专，其动也直。据他看，牛顿第一定律，在春秋时期便已经提得很清楚了。不管怎样，说明古代中国对惯性定律已有朴素的认识。在宋朝修的大型类书?太平御览?，摘录了已失传的汉代刘安的著作?淮南万毕术?中的一段事：“艾火令鸡子飞。并注讲解：“取鸡子去其汁，燃艾火于内空卵中，疾风高举自飞去。英国学者李约瑟曾解释说：17世纪的欧洲人，欢度复活节时，曾作过蛋壳升空的游戏。其法极简单，但要有点窍门。先将蛋黄、蛋清由小孔吸尽，将壳烘干。然后由小孔注入少许水，并以蜡封小孔。这样的蛋壳在炎日下逐渐呈不稳状态，逐渐变轻而终于浮漂起来。这是因为水蒸发，壳内气体膨胀，空气先通过壳上微细小孔排

6、出。待小孔蜡经日晒而溶化，小孔成了排气孔，蛋壳内蒸汽适足使壳升空一个极短时间，待蒸汽排尽，空气再渗入后，壳即行落下。这段故事中蛋壳起飞的原理是壳中水加热到沸点后，水蒸汽从小孔喷出，水蒸汽的反作用力使蛋壳起飞。利用同样的原理，中国人在宋代创造了焰火、火龙出水、爆杖以及后来的火箭。这实际上是现代喷气推进原理的早期萌芽。五、张力的应用抛石机在古代是一种攻守城池的有力武器，用它可抛掷大块石头，砸坏敌方城墙和兵器;而越过城墙进入城内的石弹，可杀伤守城的敌兵，具有相当的威力。这种抛石机除了抛掷石块外，还可以抛掷圆木、金属等其它重物，或用绳、棉线等蘸上油料裹在石头上，点燃后发向敌营，烧杀敌人。抛石机的原理非

7、常简单，它实际上是一种依靠物体张力如竹、木板弯曲时产生的力抛射弹丸的大型投射器。明代宋应星在?天工开物?一书中描绘了测量引力的方法：“以足踏弦就地,秤钧搭挂弓腰，弦满之时,推移秤锤所压，那么知多少。书中还记述了风帆与船横面的比例对风力的影响，风帆高度与受力大小的关系;详细分析了“抢风风从横面来的风向、航向和张帆方向之间的关系;阐述了舵的长短对航力大小、舵的方向对船的运动方向的影响。磨在中国古代的开展可以看作力学史的一个缩影。早在新石器时代，人们已用两块石头的相对平动，或用一根圆石柱在另一块石板上滚动辗压谷物，或用杵捣碎放进臼内的谷物。?桓子新论?写道：“宓牺之制杵舂，万民以济，及后人加巧，因延

8、力借身重以践碓，而利十倍。杵舂又复设机关,用驴驘牛马及役水而舂,其利乃且百倍。这记载说明了从最古老的杵舂，到脚踏舂、畜力舂和水力舂的开展。而水力舂至迟在西汉时期已很普遍。东汉初，杜诗?38制造了水力鼓风设备,即水排，它以水作动力，利用水轮、立轴、连杆、曲柄等构件将水轮的圆周运动转变成风箱拉手的往复直线运动。水排包括动力机械、传动机械和工作机械三个组成部分，在机械构造上水排比水磨更复杂，而原理一样。估计水磨当与水舂或水排同时出现。早期的磨只在磨盘上加一根直柄，推磨者必须围绕磨石旋转。后来在直柄上又加上一曲柄，将手的往复直线运动转变成磨的旋转运动。六、桥梁、水利与土木建筑的开展河北赵州安济桥。桥位

9、于河北赵县城南5里，为隋匠人李春所建，成于隋开皇大业年间594-605年，是现存世界上最古老、跨度最大的敞肩拱桥。桥的主孔净跨37.02米，净矢高7.23米，栱腹线的半径为27.31米，栱中心夹角。桥形很扁，桥总长50.83米，宽9米。大栱之上两侧各有二小拱。佛宫寺释迦塔，俗称应县木塔，山西省应县城内佛宫寺内。塔为八角形，外观五层，内有暗层四级，所以实际为九层。塔高67.13米，塔底直径30米。建于1056年辽代清宁2年，是世界上现存最古老的木构造塔式建筑。塔建在4米高的两层石砌台基上，内外两排立柱构成双层套筒式构造，柱与柱之间还有大量程度构件，暗层内又有大量斜撑，使双层套筒内外层严密结合连成一体。其柱不是直接插入地中而是搁置于石础之上。在连接上采用了传统的斗栱构造，为不同部分的特殊需要分别设计了50余种不同形式的斗栱。由于构造上的合理性，近千年间经历了12次6级以上的大地震，迄今安然无恙。都江堰。都江堰位于四川灌县城西的岷江上，是我国战国秦昭王时256BC由蜀郡守李冰父子主持修建的。整个都江堰工程由鱼嘴分水堤